Il sistema elettrico italiano e i mercati elettrici Ing. Massimo Rivarolo massimo.rivarolo@unige.it Thermochemical Power Group DIME University of Genoa (Italy) tpg.unige.it
Contenuti Sistema elettrico italiano (cenni) La filiera elettrica Struttura della bolletta elettrica I mercati elettrici Mercato del Giorno Prima (MGP) e Mercato Infragiornaliero (MI) Mercato dei Servizi di Dispacciamento (MSD)
Attori del sistema elettrico italiano Autorità per l Energia Elettrica il Gas e il Sistema Idrico (AEEGSI) È un ente indipendente, istituito con la legge 14 novembre 1995, n. 481, che opera nell ambito della regolazione del mercato libero dell energia elettrica e del gas con il compito di garantire: la promozione della concorrenza e dell efficienza nel settore dei servizi di pubblica utilità; adeguati livelli di qualità nei servizi medesimi in condizioni di economicità e di redditività; la fruibilità dei servizi e la diffusione in modo omogeneo sull intero territorio nazionale; la definizione di un sistema tariffario certo, trasparente e basato su criteri predefiniti; la tutela degli interessi di utenti e consumatori.
Attori del sistema elettrico italiano Gestore dei Mercati Energetici (GME) è una società per azioni con il compito di organizzare e gestire il mercato elettrico e del gas secondo criteri di neutralità, trasparenza, obiettività e di concorrenza tra produttori, assicurando una adeguata disponibilità della riserva di potenza. Terna S.p.A. È la società responsabile della trasmissione e del dispacciamento dell energia elettrica sulla rete ad alta e altissima tensione sull intero territorio nazionale. È inoltre responsabile dell attività di programmazione, sviluppo e manutenzione della Rete di Trasmissione Nazionale (RTN).
Attori del sistema elettrico italiano
Cenni storici 1883: costruzione della prima centrale elettrica italiana (a carbone, Milano) 1904: a Larderello, costruzione della prima centrale geotermoelettrica nel mondo 1962: nazionalizzazione del sistema elettrico e istituzione dell'enel (Ente Nazionale per l'energia Elettrica), cui venivano demandate "tutte le attività di produzione, importazione ed esportazione, trasporto, trasformazione, distribuzione e vendita dell'energia elettrica da qualsiasi fonte prodotta» 1963: Prima Centrale Nucleare Italiana a Latina 1975: Primo Piano Energetico Nazionale (PEN) Forte Spinta sul Nucleare 1987: Referendum Sul Nucleare 1992: ENEL diventa una SpA (Tesoro unico azionista) 1999: Decreto Bersani liberalizzazione del Mercato Elettrico Italiano
Il D.L. 79/99 (decreto Bersani)
Il D.L. 79/99 (decreto Bersani) Il D.L. 79/99 ha recepito la direttiva europea 96/92/CE recante norme comuni per il mercato interno dell energia elettrica e ha dato l avvio in Italia alla liberalizzazione del sistema elettrico. Le attività di produzione, importazione, esportazione, acquisto e vendita di energia elettrica sono libere. Quindi i produttori, i venditori e gli importatori aumentano sempre più e operano in concorrenza. Le attività di trasmissione e dispacciamento sono riservate allo Stato e attribuite in concessione al Gestore della Rete di Trasmissione Nazionale (GRTN, ora Terna). L attività di distribuzione dell energia elettrica è svolta in regime di concessione.
Trasmissione e dispacciamento Trasmissione: è l attività di trasporto e di trasformazione dell energia elettrica sulla rete interconnessa ad alta tensione (maggiore di 35 kv) e altissima tensione (maggiore di 150 kv) ai fini della consegna ai clienti, ai distributori, e ai destinatari dell energia autoprodotta. Responsabile: Terna Dispacciamento è l attività diretta ad impartire disposizioni per l utilizzazione e l esercizio coordinati degli impianti di produzione, della rete di trasmissione e dei servizi ausiliari. Responsabile: Terna
Distribuzione Distribuzione è l attività di trasporto e di trasformazione di energia elettrica su reti di distribuzione a media tensione (maggiore di 1 kv) e bassa tensione (fino a 1 kv) per la consegna ai clienti finali. Responsabili: distributori (attualmente in Italia i distributori sono 138)
Flusso commerciale energia Produzione Importazione AU GME GSE Società di vendita per la maggior tutela Grossisti Clienti finali Maggior tutela Clienti finali Mercato libero
La filiera elettrica in Italia: dalla produzione ai clienti finali
La filiera elettrica in Italia
Consumi 291 Richiesta 310 Prod. destinata al consumo 266 Prod. netta 269 Prod. lorda 280 Bilancio energia elettrica Italia Agricoltura 5 Prod. termoelettrica 176 Industria 123 Terziario 99 Prod. idroelettrica e altre 102 Prod. idroelettrica da pompaggio 2 Consumi degli ausiliari 11 Destinata a pompaggi 3 Import - export 44 Perdite di rete 19 Domestici 64 Italia, anno 2014 TWh Perdite per pompaggi 1
Import-export energia elettrica
Produzione
Trasmissione dell energia elettrica TERNA è il proprietario della RTN, oltre 63.500 km di rete elettrica in AT e AAT a 380 kv. Gli elementi che costituiscono questo sistema di rete sono: i trasformatori di AAT che prelevano l energia dalle centrali elettriche nazionali o dai punti di confine per l energia importata; le linee di AAT e di AT che trasportano l energia; infine, le stazioni di trasformazione che cedono l energia alle società di distribuzione.
Trasmissione dell energia elettrica
Perché una rete di trasmissione? Localizzazione delle fonti combustibili: storicamente era (e spesso lo è ancora) meno costoso trasportare l elettricità piuttosto che il combustibile ovvero costruire generatori di grossa taglia vicino alle fonti combustibili piuttosto che vicino ai siti di consumo anche se ciò è dubbio per il gas naturale! Economie di scala: anche quando il combustibile può essere trasportato, per alcune tipologie di impianti è meno costoso costruire un singolo impianto di grossa taglia lontano dai siti di consumo piuttosto che piccoli impianti ubicati presso i siti di consumo Diversificazione dei rischi: in alcuni casi può convenire interconnettere due sistemi elettrici indipendenti per fronteggiare possibili indisponibilità degli impianti, piuttosto che adottare azioni preventive nell ambito di ciascun sistema elettrico (es: mantenendo un elevata riserva di capacità) Lo sviluppo della generazione distribuita potrebbe cambiare in parte queste considerazioni economiche! Le reti di trasmissione (e di distribuzione) rappresentano un monopolio naturale, ovvero non è auspicabile avere reti in concorrenza fra di loro
Distribuzione energia elettrica Le reti di distribuzione rappresentano l estensione capillare sul territorio delle linee di trasmissione e trasportano l energia elettrica a tutti i clienti finali. Servono consumatori che vanno dai grossi impianti industriali (collegati spesso alla rete di alta tensione) alle utenze domestiche (220 V) Tipo di Tensione Livello di Tensione Tipo di Clientela Alta Tensione (AT) 35 150 Grande Industria Media Tensione (MT) 1-35 Industria/terziario Bassa Tensione (BT) < 1 PMI - Case
Distribuzione energia elettrica Produzione Trasmissione Distribuzione
I mercati elettrici in Italia
Il mercato elettrico: perché? La creazione di un mercato ha l obiettivo di: promuovere, secondo criteri di neutralità, trasparenza ed obiettività, la competizione nelle attività di produzione e di compravendita di energia elettrica attraverso la creazione di una piazza del mercato ; assicurare la gestione economica ottimale di una adeguata disponibilità dei servizi di dispacciamento, perseguendo quindi l efficienza economica. Sul mercato all ingrosso dell energia elettrica si negoziano programmi di immissione e di prelievo di energia elettrica.
Il mercato elettrico: perché? Gli impianti di produzione si differenziano in termini di: Flessibilità (impianti termici vs FER non programmabili) Rampe di presa/perdita di carico Costi variabili di produzione (prezzo fuel, prezzo energia elettrica ) Potenza massima disponibile in generale e in un dato periodo Costi fissi di produzione Impatti ambientali (es: coefficienti emissivi di CO 2 ) Prevedibilità dell output su diversi orizzonti temporali Altre caratteristiche (minimo tecnico, costi di accensione e spegnimento, tempo minimo di permanenza in servizio, tempo minimo prima di una successiva riaccensione, ) Il numero di impianti con caratteristiche diverse che possono essere utilizzati per soddisfare la domanda è elevato, rendendo potenzialmente auspicabile l introduzione di meccanismi concorrenziali tra i produttori
Vincoli tecnici per il mercato L introduzione di meccanismi di mercato nel settore elettrico è condizionata dalle sue caratteristiche tecniche e, in particolare, da: 1. la necessità di utilizzare un infrastruttura di rete condivisa che presenta limiti strutturali alla quantità di energia elettrica trasportabile; 2. a necessità di mantenere stabile il livello della tensione e della frequenza sulla rete di trasmissione entro livelli predefiniti, anche attraverso il bilanciamento in tempo reale tra immissioni e prelievi di energia elettrica; 3. l impossibilità di controllare in tempo reale i flussi di energia elettrica, da e verso, i singoli utenti della rete tramite il distacco selettivo e proporzionato degli utenti medesimi; 4. l impossibilità di immagazzinare l energia elettrica (se non in misura limitata).
Il disegno del mercato elettrico Il mercato elettrico dovrebbe essere il più possibile nodale e istantaneo. Infatti il valore dell energia varia di nodo in nodo per effetto delle congestioni e varia ogni istante. Non è però possibile costruire un mercato che descriva alla perfezione la realtà. Pertanto, occorre introdurre standardizzazioni, sia dal punto di vista temporale sia dal punto di vista spaziale. Dal punto di vista temporale, in genere si assume un ora come periodo di riferimento. La standardizzazione dei prodotti oggetto di negoziazione comporta benefici se aumenta la liquidità dei mercati e riduce i costi di transazione. Essa però può generare nuovi costi sistemici se troppo ampia perché non sarebbe più rappresentativa della realtà e indurrebbe maggiori costi per garantire l equilibrio in tempo reale tra domanda e offerta di energia elettrica.
Mercati nodali e zonali Alcuni mercati fanno riferimento al nodo di rete, altri alla zona di mercato (cioè a un area più estesa all interno), altri all intera nazione: Mercati nodali => presenza di frequenti e/o economicamente rilevanti differenze nel valore dell energia elettrica tra i diversi nodi della rete Mercati zonali => presenza di ampi gruppi di nodi (zone) all interno dei quali non vi sono differenze nel valore dell energia elettrica Più l estensione geografica è ampia e più è possibile che al suo interno vi siano vincoli di rete che fanno sì che l energia elettrica non abbia lo stesso valore in tutti i punti geografici. Nel caso in cui vengano definiti mercati nodali non sono necessari interventi successivi finalizzati a rendere operabili i programmi nel rispetto dei vincoli di rete (non è necessaria la cosiddetta azione di re-dispacciamento che invece caratterizza i mercati zonali). Nodi Zone
Tipologie di mercati Oltre che tra mercati zonali e nodali, è possibile distinguere tra: Mercati bilaterali. Domanda e offerta si incontrano in modo autonomo senza utilizzare piattaforme organizzate. Mercati exchange. Domanda e offerta si incontrano presso mercati organizzati. Sono più efficienti dei mercati bilaterali perché, sfruttando le piattaforme dei mercati organizzati, hanno minori costi di transazione; Questi mercati sono i più diffusi in Europa (anche in Italia). In essi non viene definito dove avviene la produzione e il consumo all interno all ambito spaziale di riferimento (che può essere molto ampio e coprire anche l intera nazione, come in Germania). Mercati pool. Gli algoritmi utilizzati per determinare i prezzi di mercato tengono conto delle caratteristiche tecniche degli impianti, dei vincoli di rete e di adeguati margini di riserva necessari per garantire l equilibrio in tempo reale tra domanda e offerta di energia elettrica. Questi mercati sono molto diffusi negli Stati Uniti. In essi vengono identificate le unità di produzione e le unità di consumo coinvolte. I mercati pool consentono di minimizzare i costi di produzione e di avere un programma già fattibile in esito a essi.
Il mercato elettrico in Italia Il mercato elettrico in Italia si articola in: Mercato elettrico a pronti (MPE) Mercato del giorno prima MGP (mercato dell'energia); Mercato intra-day MI (mercato dell energia); Mercato del servizio di dispacciamento MSD. Mercato elettrico a termine (MTE) contratti bilaterali Fonte: GME
Mercato del Giorno Prima (MGP) Il Mercato del Giorno Prima (MGP) ospita la maggior parte delle transazioni di compravendita di energia elettrica. Sul MGP si scambiano blocchi orari di energia per il giorno successivo. L oggetto di negoziazione è quindi il programma di immissione e/o di prelievo di energia elettrica. Gli operatori partecipano presentando offerte nelle quali indicano la quantità ed il prezzo massimo/minimo al quale sono disposti ad acquistare/vendere. La seduta del MGP si apre alle ore 8.00 del nono giorno antecedente il giorno di consegna e si chiude alle ore 12.00 del giorno precedente il giorno di consegna.
Mercato del Giorno Prima (MGP) Le offerte sono accettate dopo la chiusura della seduta di mercato, sulla base del merito economico e nel rispetto dei limiti di transito tra le zone. MGP è quindi un mercato d asta e non un mercato a contrattazione continua. Le offerte di vendita accettate sono valorizzate al prezzo di equilibrio della zona a cui appartengono (prezzo zonale orario). Tale prezzo è determinato, per ogni ora, dall intersezione della curva di domanda e di offerta e si differenzia da zona a zona in presenza di limiti di transito saturati (system marginal price). Le offerte di acquisto accettate sono valorizzate al prezzo unico nazionale (PUN), pari alla media oraria dei prezzi zonali ponderata per i consumi zonali. Il GME agisce come controparte centrale.
Mercato Infragiornaliero (MI) Il Mercato Infragiornaliero (MI) consente agli operatori di apportare modifiche ai programmi definiti nel MGP attraverso ulteriori offerte di acquisto o vendita. Si svolge in cinque sessioni. La prima sessione si svolge dopo la chiusura del MGP, si apre alle ore 12.55 del giorno precedente il giorno di consegna e si chiude alle ore 15.00 dello stesso giorno. L ultima sessione si apre alle ore 17.30 del giorno precedente il giorno di consegna e si chiude alle ore 11.30 del giorno di consegna. Le offerte di acquisto e vendita vengono selezionate sulla base dello stesso criterio descritto per MGP. A differenza di MGP le offerte di acquisto accettate sono valorizzate al prezzo zonale. Il GME agisce come controparte centrale.
Andamento dei prezzi zonali
Evoluzione del PUN in Italia
Mercato per il Servizio di Dispacciamento (MSD) Il Mercato per il Servizio di Dispacciamento (MSD) è lo strumento attraverso il quale Terna si approvvigiona delle risorse necessarie alla gestione e al controllo del sistema (risoluzione delle congestioni intrazonali, creazione della riserva di energia, bilanciamento in tempo reale). Sul MSD Terna agisce come controparte centrale e le offerte accettate vengono remunerate al prezzo presentato. Il MSD si articola in fase di programmazione (MSD ex-ante) e Mercato del Bilanciamento (MB). Il MSD ex-ante e MB si svolge in più sessioni.
Dispacciamento energia elettrica L energia elettrica non si può immagazzinare. E quindi necessario produrre, istante per istante, la quantità di energia richiesta dall insieme dei consumatori e gestirne la trasmissione in modo che l offerta e la domanda siano sempre in equilibrio, garantendo così la continuità e la sicurezza della fornitura del servizio. La gestione coordinata delle immissioni e dei prelievi di energia elettrica e dei flussi di energia elettrica sulla rete di trasmissione ai fini del mantenimento del bilanciamento del sistema elettrico in condizioni di sicurezza è ciò che si chiama servizio di dispacciamento. Tale servizio è erogato da Terna secondo condizioni definite dall Autorità.
Dispacciamento energia elettrica L utente che sigla con Terna il contratto di dispacciamento si chiama utente del dispacciamento. Tale utente è il produttore o un suo delegato. Ai fini del dispacciamento, le unità di produzione (UP) si distinguono in: abilitate o non abilitate a partecipare al mercato dei servizi di dispacciamento; rilevanti o non rilevanti: in particolare, sono rilevanti se hanno una potenza superiore a 10 MVA. Le unità non rilevanti, ai fini del dispacciamento, vengono aggregate per ogni utente del dispacciamento e per ogni zona di mercato. Le unità di consumo (UC) sono tutte non abilitate.
Dispacciamento energia elettrica
Approvvigionamento di risorse Le risorse per la risoluzione delle congestioni in fase di programmazione (cioè prima del tempo reale) consistono nella disponibilità, da parte degli operatori, ad accettare modifiche ai propri programmi. In particolare le unità abilitate a fornire tale servizio devono rendere completamente disponibile, in via esclusiva, al SO l utilizzo dei margini residui rispetto alla potenza massima e rispetto all azzeramento dell immissione o rispetto alla potenza minima nel caso di unità esentate dalla presentazione di offerta di spegnimento, presentando un offerta sul MSD. Il SO modifica i programmi, con un azione di re-dispacciamento, accettando le offerte presentate dagli operatori di mercato secondo un ordine di merito economico, minimizzando i costi per il sistema elettrico. In Italia, queste risorse vengono reperite da unità di produzione abilitate, tramite MSD (trovano quindi remunerazione secondo criteri di mercato).
Riserva primaria Per rispettare gli standard di sicurezza nell esercizio del sistema elettrico, deve essere prevista un adeguata capacità di regolazione primaria capace di garantire la stabilità della frequenza in tutte le condizioni operative. La riserva primaria deve essere continuamente disponibile (tutte le unità abilitate hanno l obbligo di fornirla) e deve essere distribuita all interno del sistema elettrico il più uniformemente possibile. In Italia, queste risorse vengono reperite da unità di produzione abilitate, tramite imposizioni. Non vengono remunerate.
Riserva secondaria Per compensare gli scarti tra fabbisogno e produzione del sistema nazionale, è necessario attivare i servizi di regolazione secondaria che consistono: nella fase di programmazione o nella fase di gestione in tempo reale, nel rendere disponibile la riserva secondaria nei programmi o nella disponibilità ad accettare modifiche a tali programmi allo scopo di renderla disponibile. Il SO modifica i programmi accettando le offerte presentate dagli operatori di mercato secondo un ordine di merito economico, minimizzando i costi per il sistema elettrico. nella fase di gestione in tempo reale, nell asservire la riserva secondaria ad un dispositivo automatico di regolazione in grado di modulare l immissione di energia elettrica sulla base del segnale di livello ricevuto (entro 200 s). Nel tempo reale la riserva secondaria viene attivata automaticamente su tutte le unità già precedentemente selezionate e ha una durata di pochi minuti. In Italia, queste risorse vengono reperite da unità di produzione abilitate, tramite MSD (trovano quindi remunerazione secondo criteri di mercato, sia nella fase di programmazione sia in tempo reale se attivate).
Riserva terziaria La riserva terziaria consiste, nella fase di programmazione o nella fase di gestione in tempo reale, nel rendere autonomamente disponibili margini rispetto alla potenza massima o minima nei programmi delle unità abilitate o nella disponibilità ad accettare modifiche ai programmi aggiornati cumulati dell unità abilitata allo scopo di costituire margini di riserva terziaria di potenza. Il SO modifica i programmi accettando le offerte presentate dagli operatori di mercato secondo un ordine di merito economico, minimizzando i costi per il sistema elettrico. La riserva terziaria può essere divisa in riserva pronta (entro 15 minuti con gradiente di 50 MW/min) e riserva di sostituzione (entro 120 minuti con gradiente di 0,67 MW/min). In Italia, queste risorse vengono reperite da unità di produzione abilitate, tramite MSD (trovano quindi remunerazione secondo criteri di mercato).
Dispacciamento energia elettrica Schema del tipo di riserva di potenza e dei relativi tempi di attivazione Riserva di potenza Riserva operativa Riserva rotante Riserva fredda Gruppi idroelettrici in parallelo e gruppi termoelettrici in parallelo a potenza superiore rispetto al minimo tecnico ma inferiore al valore nominale. Gruppi fermi con tempi di avviamento rapidi Gruppi in arresto freddo con tempi di avviamento lunghi Riserva di regolazione primaria Riserva di regolazione secondaria Riserva di regolazione terziaria Da pochi minuti ad alcune decine di Decine di secondi Pochi minuti Da alcune ore a qualche giorno minuti
Risorse per il bilanciamento Per garantire il mantenimento dell equilibrio tra le immissioni ed i prelievi di energia elettrica, è necessario utilizzare le risorse per il bilanciamento in tempo reale che consistono: nell attivazione delle risorse approvvigionate per la riserva terziaria di potenza, senza bisogno di automatismi perché i tempi di attivazione sono più lunghi rispetto a quelli della riserva primaria e secondaria; nell accettazione in tempo reale delle offerte delle unità abilitate al bilanciamento presentate sul MSD. La fornitura di risorse ai fini del bilanciamento da parte delle unità abilitate si traduce nella modifica in tempo reale dei programmi. Il SO modifica i programmi accettando le offerte presentate dagli operatori di mercato secondo un ordine di merito economico, minimizzando i costi per il sistema elettrico. In Italia, queste risorse vengono reperite da unità di produzione abilitate, tramite MSD (trovano quindi remunerazione secondo criteri di mercato).
Mercato per il Servizio di Dispacciamento (MSD) La seduta per la presentazione delle offerte sul MSD ex-ante è unica e si apre alle ore 12.55 del giorno precedente il giorno di consegna e si chiude alle ore 17.30 del giorno precedente il giorno di consegna. Sul MSD ex-ante Terna accetta offerte di acquisto e vendita di energia ai fini della risoluzione delle congestioni residue e della costituzione dei margini di riserva. Il MB è articolato in 5 sessioni. Per la prima sessione del MB vengono considerate le offerte valide presentate dagli operatori nella precedente sessione del MSD ex-ante. Per le altre sessioni del MB, le relative sedute per la presentazione delle offerte si aprono tutte alle ore 22.30 del giorno precedente il giorno di consegna e si chiudono 1 ora e mezza prima della prima ora che può essere negoziata in ciascuna sessione. Sul MB Terna accetta offerte di acquisto e vendita di energia al fine svolgere il servizio di regolazione secondaria e mantenere il bilanciamento, nel tempo reale, tra immissione e prelievi di energia sulla rete.
Struttura temporale dei mercati
Struttura temporale dei mercati MB GIORNO PRIMA EX ANTE segue il MB per tutta la giornata di consegna dalle ore 23 del giorno precedente
Schema organizzativo dei mercati
Il sistema elettrico italiano e i mercati elettrici Ing. Massimo Rivarolo massimo.rivarolo@unige.it Thermochemical Power Group DIME University of Genoa (Italy) tpg.unige.it